일반기술

ＭＥＭＳ공정을 이용한 고효율 보일링 표면 및 그 제조방법

본 발명은 유리기판 상에 MEMS 공정기술을 이용하여 고효율의 보일링 표면 및 그 제작방법에 관한 것이다. 보일링은 액체와 고체표면 사이에서 버블이 발생하면서 생기는 상변화를 말하며, 이것을 헤테로지니어스 보일링(heterogeneous boiling)이라고 한다. 헤테로지니어스 보일링이 일어날 때, 표면 거칠기가 좋을수록 열유속(heat flux)이 증가하고 표면 온도를 낮추는 효과가 있어 보일링의 효율이 증대된다. 표면 거칠기에 의한 보일링 향상 효과는 단순히 표면적이 넓어져서 생기는 효과도 있지만 더 직접적인 원인은 표면의 미세 구조에 있다. 거친 표면을 확대해서 보면 수많은 캐비티를 관찰할 수 있는데, 오목하게 생겨 기체가 가두어진 캐비티는 액체와 기체가 맞닿은 부분을 만들게 된다. 액체와 기체가 맞닿은 부분은 액티브 뉴클리션 사이트(active nucleation site)라고 하며, 버블이가장 먼저 만들어지는 부분으로 보일링의 씨앗과 같은 역할을 한다. 하지만 액체에 완전히 젖은 캐비티는 액티브 뉴클리션 사이트가 될 수 없다. 따라서 인위적으로 액티브 뉴클리션 사이트 밀도(active nucleation site density)를 높이는 것이 표면 거칠기을 이용한 보일링 향상 효과의 핵심 과제이다.MEMS에서 쓰이는 마이크로머시닝 기술은 크게 실리콘 벌크 에칭(bulk etching)에 의한 벌크 마이크로머시닝(bulkmicromachining)과 실리콘 위에 다결정 실리콘, 실리콘 질화막 및 산화막, 금속막 등을 증착하고, 설계된 형상을 따라 식각하여 구조물을 제작하는 표면 마이크로머시닝(surface micromachining)으로 나눌 수 있다. 상기 벌크 마이크로머시닝은 알칼리 용액이 결정의 방향에 따라 실리콘 단결정 웨이퍼를 식각하여 원하는 3차원 구조물을 구현할 수 있으며, 정확한 식각 깊이와 형상 제어가 핵심이다. 상기 표면 마이크로머시닝은 실리콘 기판 위에 구조층과 희생층을 증착하고 식각하는 공정을 통해 미세 구조물을 형성한다. 즉, 희생층과 구조층을 기판 위에 형성시킨 후 희생층을 식각하여 구조층만 남게 하는 방법이다. 현재, 표면마이크로머시닝 기술에는 실리콘 산화막을 형성하는 열산화 기술, 실리콘에 불순물을 주입하는 이온 주입 기술, 금속박막을 형성하는 금속 공정, 질화막이나 다결정 실리콘을 형성하는 화학 기상증착 등 고집적 회로의 제작에 사용되는 첨단의 반도체 가공 기술이 응용되고 있다